קול במים נספג פי מאות פחות מאשר באוויר. עם זאת, השמיעה בסביבה המימית גרועה בהרבה מאשר באטמוספרה. זה מוסבר על ידי המוזרויות של התפיסה האנושית של צליל. באוויר, קול נתפס בשני אופנים: העברת תנודות אוויר לעור התוף של האוזניים (הולכה אוויר) ומה שנקרא הולכת עצם, כאשר תנודות הקול נתפסות ומועברות למכשיר השמיעה על ידי עצמות העצם. גולגולת.

בהתאם לסוג ציוד הצלילה, הצולל קולט קול במים עם דומיננטיות של אויר או הולכה של עצם. הנוכחות של קסדה נפחית מלאה באוויר מאפשרת לך לתפוס קול דרך הולכת אוויר. עם זאת, אובדן משמעותי של אנרגיית הקול הוא בלתי נמנע כתוצאה מהשתקפות קול משטח הקסדה.

כאשר יורדים ללא ציוד או בציוד עם קסדה צמודה, הולכת עצם שולטת.

תכונה תפיסה קוליתמתחת למים יש גם אובדן של היכולת לקבוע את כיוון מקור הקול. זה נובע מהעובדה ש איברים אנושייםהשמיעה מותאמות למהירות התפשטות הקול באוויר וקובעות את כיוון מקור הקול בשל ההבדל בזמן הגעת אות הקול ורמת לחץ הקול היחסית הנתפסת על ידי כל אוזן. בזכות המכשיר אֲפַרכֶּסֶתאדם באוויר מסוגל לקבוע היכן נמצא מקור הקול - מלפנים או מאחור, אפילו באוזן אחת. במים הכל קורה אחרת. מהירות התפשטות הקול במים גדולה פי 4.5 מאשר באוויר. לכן, ההבדל בזמן הקליטה של ​​אות הקול על ידי כל אוזן הופך כל כך קטן עד שכמעט בלתי אפשרי לקבוע את כיוון מקור הקול.

כאשר משתמשים בקסדה קשיחה כחלק מהציוד, נשללת לחלוטין האפשרות לקבוע את כיוון מקור הקול.

השפעות ביולוגיות של גזים על גוף האדם

שאלת ההשפעות הביולוגיות של גזים לא הועלתה במקרה והיא נובעת מהעובדה שתהליכי חילופי הגזים במהלך נשימה אנושית בתנאים רגילים ומה שנקרא תנאים היפרבריים (כלומר תחת לחץ דם גבוה) שונים באופן משמעותי.

ידוע כי האוויר האטמוספרי הרגיל שאנו נושמים אינו מתאים לנשימה של טייסים בטיסות בגובה רב. זה גם מוצא שימוש מוגבל בנשימה של צוללנים. כאשר יורדים לעומקים של יותר מ-60 מ', הוא מוחלף בתערובות גז מיוחדות.

הבה נבחן את התכונות הבסיסיות של גזים, אשר, כמו ב צורה טהורה, ובתערובת עם אחרים, משמשים לנשימה של צוללנים.

הרכב האוויר הוא תערובת של גזים שונים. המרכיבים העיקריים של האוויר הם: חמצן - 20.9%, חנקן - 78.1%, פחמן דו חמצני - 0.03%. בנוסף, האוויר מכיל כמויות קטנות של ארגון, מימן, הליום, ניאון ואדי מים.

את הגזים המרכיבים את האטמוספירה ניתן לחלק לשלוש קבוצות על פי השפעתם על גוף האדם: חמצן - נצרך כל הזמן כדי "לשמור על כל תהליכי החיים; חנקן, הליום, ארגון וכו' - אינם משתתפים בחילופי גזים; פחמן דו חמצני - במהלך ריכוז מוגברמזיק לגוף.

חַמצָן(O2) הוא גז חסר צבע, חסר טעם וריח בצפיפות של 1.43 ק"ג/מ"ק. יש חשיבות עליונה לבני אדם כמשתתפים בכל תהליכי החמצון בגוף. במהלך תהליך הנשימה, חמצן בריאות מתמזג עם המוגלובין בדם ומופץ בכל הגוף, שם הוא נצרך ברציפות על ידי תאים ורקמות. הפסקה באספקה ​​או אפילו ירידה באספקה ​​שלו לרקמות גורמת לרעב חמצן, המלווה באובדן הכרה, וב מקרים חמורים- הפסקת פעילות החיים. מצב זה יכול להתרחש כאשר תכולת החמצן באוויר ההשראה פוחתת במהלך לחץ רגילמתחת ל-18.5%. מצד שני, כאשר תכולת החמצן בתערובת הנשאפת עולה או כאשר נשימה בלחץ העולה על הגבול המותר, חמצן מראה תכונות רעילות- מתרחשת הרעלת חמצן.

חַנקָן(N) - גז חסר צבע, חסר ריח וטעם בצפיפות של 1.25 ק"ג/מ"ק, הוא החלק העיקרי באוויר האטמוספרי בנפח ובמסה. בתנאים רגילים, הוא ניטרלי מבחינה פיזיולוגית ואינו לוקח חלק בחילוף החומרים. עם זאת, כאשר הלחץ עולה עם עומק הטבילה של הצוללן, החנקן מפסיק להיות ניטרלי ובעומקים של 60 מטר ומעלה מציג תכונות נרקוטיות מובהקות.

פחמן דו חמצני(CO2) הוא גז חסר צבע עם טעם חומצי. הוא כבד פי 1.5 מהאוויר (צפיפות 1.98 ק"ג/מ"ק), ולכן יכול להצטבר בחלקים התחתונים של חדרים סגורים ומאווררים גרוע.

פחמן דו חמצני נוצר ברקמות כמו מוצר סופיתהליכי חמצון. כמות מסוימת של גז זה קיימת תמיד בגוף ומעורבת בוויסות הנשימה, והעודף נישא בדם לריאות ומוסר באוויר נשוף. כמות הפחמן הדו חמצני הנפלט על ידי אדם תלויה בעיקר בדרגה פעילות גופניתומצב תפקודי של הגוף. בנשימה תכופה ועמוקה (היפרונטילציה), תכולת הפחמן הדו חמצני בגוף יורדת, מה שעלול להוביל להפסקת נשימה (דום נשימה) ואף לאובדן הכרה. מצד שני, עלייה בתכולתו בתערובת הנשימתית מעבר לרמה המותרת מביאה להרעלה.

מבין שאר הגזים המרכיבים את האוויר, זה המשמש הכי הרבה צוללנים הוא הֶלִיוּם(לֹא). זהו גז אינרטי, חסר ריח וחסר טעם. בעל צפיפות נמוכה (כ-0.18 ק"ג/מ"ק) ויכולת נמוכה משמעותית לגרום להשפעות נרקוטיות כאשר לחצים גבוהים, הוא נמצא בשימוש נרחב כתחליף חנקן להכנת תערובות נשימה מלאכותית במהלך ירידות לעומקים גדולים.

עם זאת, השימוש בהליום בתערובות נשימתיות מוביל לתופעות לא רצויות אחרות. המוליכות התרמית הגבוהה שלו, ולכן העברת החום המוגברת מהגוף, דורשת הגנה תרמית מוגברת או חימום אקטיבי של צוללנים.

לחץ אוויר. ידוע כי לאטמוספירה המקיפה אותנו יש מסה והיא מפעילה לחץ על פני כדור הארץ ועל כל העצמים הנמצאים עליו. הלחץ האטמוספרי הנמדד בגובה פני הים מאוזן בצינורות בחתך רוחב של G cm2 על ידי עמוד כספית בגובה 760 מ"מ או מים בגובה 10.33 מ'. אם כספית או מים אלו נשקלו, המסה שלהם תהיה שווה ל-1.033 ק"ג. המשמעות היא ש"לחץ אטמוספרי רגיל הוא 1.033 ק"ג/ס"מ, שבמערכת SI שווה ערך ל-103.3 kPa *.(* במערכת SI יחידת הלחץ היא פסקל (Pa). אם יש צורך בהמרה, היחסים הבאים משמשים: 1 kgf/cm1 = 105 Pa = 102 kPa = =* 0.1 MPa.).

עם זאת, בפועל של חישובי צלילה, זה לא נוח להשתמש ביחידות מדידה מדויקות כל כך. לכן, יחידת מדידת הלחץ נחשבת ללחץ השווה מספרית ל-1 kgf/cm2, הנקרא האטמוספירה הטכנית (at). אטמוספרה טכנית אחת מתאימה ללחץ של 10 מ' של עמוד מים.

כאשר לחץ האוויר עולה, הוא נדחס בקלות, ומפחית את נפחו ביחס ללחץ. לחץ אוויר דחוס נמדד על ידי מדי לחץ, המעידים לחץ יתר , כלומר לחץ מעל האטמוספירה. יחידת הלחץ העודף מסומנת ati. סכום הלחץ העודף והאטמוספרי נקרא לחץ אבסולוטי(אתא).

בתנאים ארציים רגילים, האוויר לוחץ באופן שווה על אדם מכל הצדדים. בהתחשב בכך ששטח הגוף האנושי הוא בממוצע 1.7-1.8 מ"ר, כוח לחץ האוויר המופעל עליו הוא 17-18 אלף ק"ג (17-18 טפ). עם זאת, אדם אינו חש בלחץ זה, מכיוון שגופו מורכב ב-70% מנוזלים בלתי ניתנים לדחיסה, וב חללים פנימיים- ריאות, אוזן תיכונה וכו' - הוא מאוזן על ידי הלחץ האחורי של האוויר שנמצא שם ומתקשר עם האטמוספירה.

כשהוא טובל במים, אדם נחשף ללחץ עודף מעמוד מים מעליו, שגדל ב-1 ati כל 10 מ'. שינוי בלחץ יכול לגרום תחושות כואבותודחיסה, כדי למנוע מהצולל יש לספק אוויר לנשימה בלחץ השווה ללחץ המוחלט של הסביבה.

מכיוון שצוללנים צריכים להתמודד עם אוויר דחוס או תערובות גזים, ראוי להיזכר בחוקים הבסיסיים שהם מצייתים להם ולספק כמה נוסחאות הדרושות לחישובים מעשיים.

אוויר, כמו גזים אמיתיים אחרים ותערובות גזים, בקירוב מסוים, מציית לחוקים פיזיקליים שתקפים לחלוטין עבור גזים אידיאליים.

ציוד צלילה

ציוד צלילה הוא אוסף של מכשירים ומוצרים הנלבש על ידי צולל כדי להבטיח חיים ועבודה בסביבה המימית לפרק זמן נתון.

ציוד צלילה מתאים למטרה אם הוא יכול לספק:

נשימה אנושית בעת ביצוע עבודה מתחת למים;

בידוד והגנה תרמית מחשיפה מים קרים;

ניידות מספקת ומיקום יציב מתחת למים;

בטיחות במהלך צלילה, משטח ובמהלך העבודה;

חיבור אמין עם פני השטח.

בהתאם למשימות שיש לפתור, ציוד הצלילה מחולק:

לפי עומק השימוש - לציוד לעומקים רדודים (בינוניים) ולעומק הים;

על פי שיטת מתן תערובת גז נשימה - אוטונומית וצינור;

לפי שיטת ההגנה התרמית - לציוד בעל הגנה תרמית פסיבית, מחומם חשמלית ומים;

לפי שיטת הבידוד - לציוד עם חליפות צלילה חסינות גז למים מסוג "יבש" וחדירות מסוג "רטוב".

ההבנה המלאה ביותר של התכונות הפונקציונליות של ציוד צלילה ניתנת על ידי סיווגו לפי שיטת השמירה על ההרכב הדרוש לנשימה תערובת גז. להלן הציוד:

מְאֻורָר;

עם דפוס נשימה פתוח;

עם דפוס נשימה סגור למחצה;

עם דפוס נשימה סגור.

לאן עובר הקול מהר יותר: באוויר או במים??? וקיבל את התשובה הטובה ביותר

תשובה מפטישון[גורו]
מהירות הקול מהירות הקול בגזים (0° C; 101325 Pa), m/s חנקן 334 אמוניה 415 אצטילן 327 מימן 1284 אוויר 331.46 הליום 965 חמצן 316 מתאן 430 פחמן דו-חמצני 3382 דו תחמוצת פחמן 905 של צליל - מהירות התפשטות גלי קולבסביבה. בגזים, מהירות הקול נמוכה יותר מאשר בנוזל. בנוזלים, מהירות הקול נמוכה יותר מאשר במוצקים. באוויר, בתנאים רגילים, מהירות הקול היא 331.46 מ/ש (1193 ק"מ/ ח) במים מהירות הקול היא 1485 מ'/שניה. במוצקים מהירות הקול היא 2000-6000 מ'/שנייה.

תשובה מאת ארנב לבן[גורו]
במים.באוויר, מהירות הקול ב-25 מעלות צלזיוס היא כ-330 מ"ש במים כ-1500 מ"ש הערך המדויק תלוי בטמפרטורה, לחץ, מליחות (עבור מים) ולחות (עבור אוויר)

תשובה מאת BaNkS777[מוּמחֶה]
במים....

תשובה מאת ואני[גורו]
האם אתה רוצה ליצור פצצת קול? פיזיקאים גרעיניים בטירוף F)))

תשובה מאת ולדימיר טי[גורו]
במים, שבהם הצפיפות גדולה יותר שם ומהירה יותר (המולקולות קרובות יותר וההעברה מהירה יותר)

תשובה מאת פולינה ליקובה[פָּעִיל]
כנראה באוויר (אני לא יודע בוודאות). מכיוון שכל התנועות מואטות במים, הצליל לא עובר כל כך מהר! ובכן, בדוק את זה! מחאו כפיים מתחת למים. זה ייעשה לאט יותר מאשר באוויר הניסיון שלי =) =8 =(=*8 =P

תשובה מאת 3 תשובות[גורו]

שלום! להלן מבחר נושאים עם תשובות לשאלתך: לאן קול עובר מהר יותר: באוויר או במים???

שיעור זה מכסה את הנושא "גלי קול". בשיעור זה נמשיך ללמוד אקוסטיקה. ראשית, נחזור על ההגדרה של גלי קול, לאחר מכן נשקול את טווחי התדרים שלהם ונכיר את המושג של גלים קוליים ואינפראסוניים. נדון גם במאפיינים של גלי קול במדיות שונות ונלמד מה המאפיינים שלהם. .

גלי קול -אלו תנודות מכניות שמתפשטות ומקיימות אינטראקציה עם איבר השמיעה, נתפסות על ידי אדם (איור 1).

אורז. 1. גל קול

ענף הפיזיקה העוסק בגלים אלו נקרא אקוסטיקה. המקצוע של אנשים המכונים בפי העם "מאזינים" הוא אקוסטיקה. גל קול הוא גל המתפשט בתווך אלסטי, זהו גל אורכי, וכאשר הוא מתפשט בתווך אלסטי מתחלפים דחיסה ופריקה. הוא מועבר לאורך זמן על פני מרחק (איור 2).

אורז. 2. התפשטות גלי קול

גלי קול כוללים רעידות המתרחשות בתדר שבין 20 ל-20,000 הרץ. עבור תדרים אלה אורכי הגל המתאימים הם 17 מ' (עבור 20 הרץ) ו-17 מ"מ (עבור 20,000 הרץ). טווח זה ייקרא צליל נשמע. אורכי גל אלו ניתנים לאוויר, מהירות הקול בו שווה ל.

ישנם גם טווחים שאקוסטיקאים עוסקים בהם – אינפרסאונד ואולטרסוני. Infrasonic הם אלה שיש להם תדר של פחות מ-20 הרץ. ואלה קוליים הם אלה שיש להם תדר גדול מ-20,000 הרץ (איור 3).

אורז. 3. טווחי גלי קול

כֹּל אדם משכילחייב לנווט בטווח התדרים של גלי הקול ולדעת שאם הוא ילך לאולטרסאונד, התמונה על מסך המחשב תיבנה בתדר של יותר מ-20,000 הרץ.

אולטרסאונד -אלו הם גלים מכניים הדומים לגלי קול, אך עם תדר מ-20 קילו-הרץ עד מיליארד הרץ.

גלים בתדירות של יותר ממיליארד הרץ נקראים היפרסאונד.

אולטרסאונד משמש לאיתור פגמים בחלקי גבס. זרם של אותות אולטרסאונד קצר מופנה אל החלק הנבדק. באותם מקומות בהם אין פגמים, האותות עוברים דרך החלק מבלי להירשם על ידי המקלט.

אם יש סדק, חלל אוויר או אי-הומוגניות אחרת בחלק, אז האות האולטראסוני משתקף ממנו וחוזר, נכנס למקלט. שיטה זו נקראת זיהוי פגמים על-קוליים.

דוגמאות נוספות ליישומי אולטרסאונד הן מכונות בדיקת אולטרסאונד, מכונות אולטרסאונד, טיפול באולטרסאונד.

אינפרסאונד -גלים מכניים הדומים לגלי קול, אך בעלי תדר של פחות מ-20 הרץ. הם אינם נתפסים על ידי האוזן האנושית.

מקורות טבעיים של גלי אינפרסאונד הם סופות, צונאמי, רעידות אדמה, הוריקנים, התפרצויות געשיות וסופות רעמים.

אינפרסאונד הוא גם גל חשוב המשמש לרטיטה של ​​פני השטח (לדוגמה, כדי להשמיד כמה עצמים גדולים). אנחנו משגרים אינפרסאונד לאדמה - והאדמה מתפרקת. איפה משתמשים בזה? לדוגמה, במכרות יהלומים, שם הם לוקחים עפרה המכילה רכיבי יהלום וכותשים אותה לחלקיקים קטנים כדי למצוא את תכלילי היהלומים הללו (איור 4).

אורז. 4. יישום אינפרסאונד

מהירות הקול תלויה בתנאי הסביבה ובטמפרטורה (איור 5).

אורז. 5. מהירות התפשטות גלי הקול במדיות שונות

שימו לב: באוויר מהירות הקול ב שווה ל , וב , המהירות עולה ב . אם אתה חוקר, ידע זה עשוי להיות שימושי עבורך. אולי אפילו תמצא איזה חיישן טמפרטורה שיתעד הפרשי טמפרטורה על ידי שינוי מהירות הקול במדיום. אנחנו כבר יודעים שככל שהמדיום צפוף יותר, ככל שהאינטראקציה בין חלקיקי המדיום רצינית יותר, כך הגל מתפשט מהר יותר. בפסקה האחרונה דנו בכך באמצעות הדוגמה של אוויר יבש ואוויר לח. עבור מים, מהירות התפשטות הקול היא . אם אתה יוצר גל קול (דפוק על מזלג כוונון), אז מהירות ההתפשטות שלו במים תהיה גדולה פי 4 מאשר באוויר. במים, המידע יגיע פי 4 מהר יותר מאשר באוויר. ובפלדה זה אפילו יותר מהיר: (איור 6).

אורז. 6. מהירות התפשטות גלי הקול

אתה יודע מהאפוסים שבהם השתמש איליה מורומטס (וכל הגיבורים והרוסים הרגילים והבנים מה-RVS של גיידר), הם השתמשו הרבה מאוד בצורה מעניינתזיהוי חפץ שמתקרב, אך עדיין רחוק. הקול שהוא משמיע בזמן תנועה עדיין אינו נשמע. איליה מורומטס, עם אוזנו אל הקרקע, שומע אותה. למה? מכיוון שקול מועבר על פני קרקע מוצקה במהירות גבוהה יותר, מה שאומר שהוא יגיע מהר יותר לאוזנו של איליה מורומטס, והוא יוכל להתכונן לפגוש את האויב.

גלי הקול המעניינים ביותר הם צלילים ורעשים מוזיקליים. אילו חפצים יכולים ליצור גלי קול? אם ניקח מקור גל ותווך אלסטי, אם נגרום למקור הצליל לרטוט בהרמוניה, אז יהיה לנו גל קול נפלא, שייקרא צליל מוזיקלי. מקורות אלו של גלי קול יכולים להיות, למשל, מיתרים של גיטרה או פסנתר. זה עשוי להיות גל קול שנוצר במרווח האוויר של מקטרת (אורגן או מקטרת). משיעורי נגינה אתה מכיר את התווים: do, re, mi, fa, sol, la, si. באקוסטיקה הם נקראים טונים (איור 7).

אורז. 7. צלילים מוזיקליים

לכל האובייקטים שיכולים להפיק גוונים יהיו תכונות. איך הם שונים? הם שונים באורך גל ובתדירות. אם גלי הקול הללו אינם נוצרים על ידי גופים הנשמעים בהרמוניה או אינם מחוברים לסוג של יצירה תזמורתית משותפת, אזי כמות כזו של צלילים תיקרא רעש.

רַעַשׁ- תנודות אקראיות בעלות אופי פיזיקלי שונים, המאופיינות במורכבות המבנה הזמני והספקטרלי שלהן. מושג הרעש הוא גם ביתי וגם פיזי, הם דומים מאוד, ולכן אנו מציגים אותו כאובייקט חשוב נפרד של התחשבות.

נעבור לאומדנים כמותיים של גלי קול. מהם המאפיינים של גלי קול מוזיקליים? מאפיינים אלה חלים אך ורק על תנודות צליל הרמוניות. כך, עוצמת קול. כיצד נקבע עוצמת הקול? הבה נבחן את התפשטות גל קול בזמן או את התנודות של מקור גל הקול (איור 8).

אורז. 8. עוצמת קול

יחד עם זאת, אם לא הוספנו הרבה סאונד למערכת (לחצו על קליד פסנתר בשקט, למשל), אז יהיה צליל שקט. אם אנחנו מרימים את היד בקול גבוה, אנחנו גורמים לצליל הזה על ידי לחיצה על המפתח, נקבל צליל חזק. במה זה תלוי? לצליל שקט יש משרעת רטט קטנה יותר מצליל חזק.

המאפיין החשוב הבא של צליל מוזיקלי וכל צליל אחר הוא גוֹבַה. במה תלוי גובה הצליל? הגובה תלוי בתדירות. אנחנו יכולים לגרום למקור להתנודד בתדירות גבוהה, או שאנחנו יכולים לגרום לו להתנדנד לא מהר מאוד (כלומר, לבצע פחות תנודות ליחידת זמן). הבה ניקח בחשבון את זריקת הזמן של צליל גבוה ונמוך באותה משרעת (איור 9).

אורז. 9. מגרש

ניתן להסיק מסקנה מעניינת. אם אדם שר בקול בס, אז יש לו מקור קול (זהו מיתרי קול) תנודות איטית פי כמה מזו של אדם ששר סופרן. במקרה השני, מיתרי הקול רוטטים לעתים קרובות יותר, ולכן לעיתים קרובות יותר גורמים לכיסי דחיסה ופריקה בהתפשטות הגל.

יש עוד אחד מאפיין מענייןגלי קול, שהפיזיקאים לא חוקרים. זֶה גָוֶן. אתה מכיר ומבחין בקלות את אותה יצירה מוזיקלית המבוצעת על בלליקה או צ'לו. במה שונים הצלילים האלה או הביצוע הזה? בתחילת הניסוי ביקשנו מאנשים שמפיקים צלילים לעשות אותם בערך באותה משרעת, כך שעוצמת הצליל תהיה זהה. זה כמו במקרה של תזמורת: אם אין צורך להדגיש שום כלי, כולם מנגנים בערך אותו הדבר, באותה עוצמה. אז הגוון של הבלליקה והצ'לו שונה. אם היינו מציירים את הצליל המופק מכלי אחד מכלי אחר באמצעות דיאגרמות, הם היו זהים. אבל אתה יכול בקלות להבחין בכלים אלה לפי הצליל שלהם.

דוגמה נוספת לחשיבות הגוון. תארו לעצמכם שני זמרים שמסיימים את אותה אוניברסיטה למוזיקה עם אותם מורים. הם למדו באותה מידה, עם א' ישרים. מסיבה כלשהי, האחד הופך למבצע מצטיין, בעוד שהשני לא מרוצה מהקריירה שלו כל חייו. למעשה, זה נקבע אך ורק על ידי הכלי שלהם, שגורם לתנודות קוליות בסביבה, כלומר הקולות שלהם שונים בגוון.

בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה

1. Sokolovich Yu.A., Bogdanova G.S. פיזיקה: ספר עיון עם דוגמאות לפתרון בעיות. - חלוקה מחדש של מהדורה 2. - X.: Vesta: הוצאה לאור "Ranok", 2005. - 464 עמ'.
2. Peryshkin A.V., Gutnik E.M., Physics. כיתה ט': ספר לימוד לחינוך כללי. מוסדות/A.V. פרישקין, א.מ. גוטניק. - מהדורה 14, סטריאוטיפ. - M.: Bustard, 2009. - 300 עמ'.

1. פורטל האינטרנט "eduspb.com" ()
2. פורטל האינטרנט "msk.edu.ua" ()
3. פורטל האינטרנט "class-fizika.narod.ru" ()

שיעורי בית

1. איך נשמע מטייל? מה יכול להיות מקור הקול?
2. האם צליל יכול לעבור בחלל?
3. האם כל גל שמגיע לאיבר השמיעה של אדם נתפס על ידו?

אנו קולטים צלילים במרחק ממקורותיהם. בדרך כלל קול מגיע אלינו דרך האוויר. אוויר הוא תווך אלסטי המעביר קול.

אם מוציאים את אמצעי העברת הקול בין המקור למקלט, הצליל לא יתפשט ולכן המקלט לא יתפוס אותו. בואו נדגים זאת בניסוי.

נניח שעון מעורר מתחת לפעמון משאבת האוויר (איור 80). כל עוד יש אוויר בפעמון, ניתן לשמוע את צליל הפעמון בבירור. כשהאוויר נשאב מתחת לפעמון, הצליל נחלש בהדרגה ולבסוף הופך לבלתי נשמע. ללא אמצעי שידור, תנודות לוחית הפעמון אינן יכולות לנוע, והקול אינו מגיע לאוזנו. בואו נשאיר מתחת לפעמון ונשמע שוב את הצלצול.

אורז. 80. ניסוי המוכיח שקול אינו מתפשט במרחב שבו אין מדיום חומרי

חומרים אלסטיים מוליכים צלילים היטב, כגון מתכות, עץ, נוזלים וגזים.

בואו נשים שעון כיס בקצה אחד של לוח עץ, ונעבור לקצה השני. מניח את האוזן אל הלוח, אתה יכול לשמוע את השעון מתקתק.

קושרים חוט לכף מתכת. הנח את קצה החוט לאוזן שלך. כאשר תפגע בכף, תשמע צליל חזק. נשמע צליל חזק עוד יותר אם נחליף את המיתר בחוט.

גופים רכים ונקבוביים הם מוליכים גרועים של צליל. כדי להגן על כל חדר מפני חדירת צלילים זרים, הקירות, הרצפה והתקרה מונחים בשכבות של חומרים בולמי קול. כשכבות ביניים משמשות לבד, שעם דחוס, אבנים נקבוביות וחומרים סינתטיים שונים (למשל קצף פוליסטירן) העשויים מפולימרים מוקצפים. הצליל בשכבות כאלה דוהה במהירות.

נוזלים מוליכים בצורה טובה. דגים, למשל, טובים בשמיעת צעדים וקולות על החוף; זה ידוע לדייגים מנוסים.

אז, צליל מתפשט בכל תווך אלסטי - מוצק, נוזלי וגזי, אך אינו יכול להתפשט בחלל שבו אין חומר.

תנודות של המקור יוצרות גל אלסטי בסביבתו תדר שמע. הגל, המגיע לאוזן, משפיע על עור התוף, וגורם לו לרטוט בתדר המתאים לתדר מקור הקול. רַעַד עור התוףמועבר דרך מערכת העצם אל הקצוות עצב השמיעה, לגרות אותם ובכך לגרום לתחושת הקול.

הבה נזכיר שרק גלים אלסטיים אורכיים יכולים להתקיים בגזים ובנוזלים. צליל באוויר, למשל, מועבר על ידי גלים אורכיים, כלומר, התעבות מתחלפים ונדירות של אוויר המגיע ממקור הקול.

גל קול, כמו כל גל מכני אחר, אינו מתפשט בחלל באופן מיידי, אלא במהירות מסוימת. אתה יכול לאמת זאת, למשל, על ידי צפייה ביריות מרחוק. תחילה אנו רואים אש ועשן, ולאחר מכן לאחר זמן מה אנו שומעים קול ירייה. העשן מופיע באותו זמן שבו מתרחשת רטט הקול הראשון. על ידי מדידת מרווח הזמן t בין רגע הופעת הצליל (רגע הופעת העשן) לרגע שהוא מגיע לאוזן, נוכל לקבוע את מהירות התפשטות הקול:

מדידות מראות שמהירות הקול באוויר ב-0 מעלות צלזיוס ונורמלית לחץ אטמוספרישווה ל-332 מ"ש.

ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, כך מהירות הקול בגזים גבוהה יותר. לדוגמה, ב-20 מעלות צלזיוס מהירות הקול באוויר היא 343 מ"ש, ב-60 מעלות צלזיוס - 366 מ"ש, ב-100 מעלות צלזיוס - 387 מ"ש. זה מוסבר על ידי העובדה שעם עליית הטמפרטורה, גמישות הגזים עולה, וככל שהכוחות האלסטיים המתעוררים בתווך במהלך העיוות שלו גדולים יותר, כך גדלה ניידות החלקיקים והרעידות מהירות יותר מועברות מנקודה אחת לאחרת.

מהירות הקול תלויה גם בתכונות המדיום שבו עובר הקול. לדוגמה, ב-0 מעלות צלזיוס מהירות הקול במימן היא 1284 m/s, ובשעה פחמן דו חמצני- 259 m/s, שכן מולקולות מימן פחות מסיביות ופחות אינרטיות.

כיום ניתן למדוד את מהירות הקול בכל סביבה.

מולקולות בנוזלים ובמוצקים קרובות יותר זו לזו ומקיימות אינטראקציה חזקה יותר ממולקולות גז. לכן, מהירות הקול במדיה נוזלית ומוצקה גדולה יותר מאשר במדיה גזי.

מכיוון שקול הוא גל, כדי לקבוע את מהירות הקול, בנוסף לנוסחה V = s/t, ניתן להשתמש בנוסחאות המוכרות לך: V = λ/T ו-V = vλ. בעת פתרון בעיות, מהירות הקול באוויר נחשבת בדרך כלל ל-340 m/s.

שאלות

1. מהי מטרת הניסוי המתואר באיור 80? תאר כיצד מתבצע ניסוי זה ואיזו מסקנה נובעת ממנו.
2. האם צליל יכול לנוע בגזים, נוזלים ומוצקים? תמכו בתשובות שלכם בדוגמאות.
3. אילו גופים מוליכים צליל טוב יותר - אלסטי או נקבובי? תן דוגמאות של גופים אלסטיים ונקבוביים.
4. איזה סוג גל - אורכי או רוחבי - מתפשט הקול באוויר? במים?
5. תן דוגמה שמראה שגל קול אינו נע באופן מיידי, אלא במהירות מסוימת.

תרגיל 30

1. האם ניתן היה לשמוע קול פיצוץ ענק על הירח על פני כדור הארץ? הצדק את תשובתך.
2. אם אתה קושר חצי צלחת סבון לכל קצה של החוט, אז באמצעות טלפון כזה אתה יכול אפילו לדבר בלחש בחדרים שונים. הסבר את התופעה.
3. קבע את מהירות הקול במים אם מקור המתנודד בפרק זמן של 0.002 שניות מעורר גלים במים באורך של 2.9 מ'.
4. קבע את אורך הגל של גל קול בתדר של 725 הרץ באוויר, במים ובזכוכית.
5. קצה אחד של צינור מתכת ארוך נפגע פעם אחת בפטיש. האם הצליל מהפגיעה יתפשט לקצה השני של הצינור דרך המתכת; דרך האוויר בתוך הצינור? כמה מכות ישמע אדם שעומד בקצה השני של הצינור?
6. צופה עומד ליד קו ישר מסילת רכבת, ראה קיטור מעל משרוקית קטר קיטור הולך מרחוק. 2 שניות לאחר הופעת הקיטור הוא שמע קול שריקה ולאחר 34 שניות עבר הקטר ליד הצופה. קבע את מהירות הקטר.

חוקי היסוד של התפשטות הקול כוללים את חוקי השתקפותו ושבירה שלו בגבולות מדיות שונות, וכן עקיפה של קול ופיזורו בנוכחות מכשולים ואי-הומוגניות במדיום ובממשקים בין מדיות.

טווח התפשטות הקול מושפע מגורם קליטת הקול, כלומר המעבר הבלתי הפיך של אנרגיית גלי הקול לסוגי אנרגיה אחרים, במיוחד חום. גורם חשובהוא גם כיוון הקרינה ומהירות התפשטות הקול, התלויה במדיום ובמצבו הספציפי.

ממקור קול, גלים אקוסטיים מתפשטים לכל הכיוונים. אם גל קול עובר דרך חור קטן יחסית, אז הוא מתפשט לכל הכיוונים, ואינו נע בקרן מכוונת. למשל, קולות רחוב החודרים דרך חלון פתוח לחדר נשמעים בכל הנקודות, ולא רק מול החלון.

אופי התפשטות גלי הקול ליד מכשול תלוי ביחס בין גודל המכשול ואורך הגל. אם גודל המכשול קטן בהשוואה לאורך הגל, אז הגל זורם מסביב למכשול זה ומתפשט לכל הכיוונים.

גלי קול, החודרים ממדיום אחד למשנהו, סוטים מכיוונם המקורי, כלומר, הם נשברים. זווית השבירה עשויה להיות גדולה או קטנה מזווית הפגיעה. זה תלוי באיזה מדיום הסאונד חודר לאיזה. אם מהירות הקול במדיום השני גדולה יותר, אזי זווית השבירה תהיה גדולה מזווית הפגיעה, ולהיפך.

במפגש עם מכשול בדרכם, משתקפים ממנו גלי קול על פי כלל מוגדר בהחלט - זווית ההשתקפות שווה לזוויתנפילה - מושג הד קשור לזה. אם קול מוחזר מכמה משטחים במרחקים שונים, מתרחשים הדים מרובים.

צליל נע בצורה של גל כדורי מתפצל שממלא נפח הולך וגדל. ככל שהמרחק גדל, הרעידות של חלקיקי המדיום נחלשות והקול מתפוגג. ידוע שכדי להגדיל את טווח השידור, יש לרכז את הקול בכיוון נתון. כשאנחנו רוצים, למשל, להישמע, אנחנו מניחים את כפות הידיים אל הפה או משתמשים במגפון.

לעקיפה, כלומר לכיפוף של קרני קול, יש השפעה רבה על טווח התפשטות הקול. ככל שהמדיום הטרוגני יותר, אלומת הקול מכופפת יותר ובהתאם לכך, טווח התפשטות הקול קצר יותר.

הפצת קול

גלי קול יכולים לנוע באוויר, גזים, נוזלים ו מוצקים. גלים אינם עולים בחלל חסר אוויר. קל לאמת זאת מניסיון פשוט. אם מונח פעמון חשמלי מתחת לפקק אטום שממנו פונה האוויר, לא נשמע שום צליל. אבל ברגע שהכובע מתמלא באוויר, נשמע קול.

מהירות ההתפשטות של תנועות נדנוד מחלקיק לחלקיק תלויה במדיום. בימי קדם, לוחמים שמו את אוזניהם לקרקע וכך זיהו את חיל הפרשים של האויב הרבה יותר מוקדם ממה שנראה באופק. והמדען המפורסם ליאונרדו דה וינצ'י כתב במאה ה-15: "אם אתה, בהיותך בים, תוריד חור של צינור למים, ותשים את הקצה השני שלו לאוזן שלך, תשמע את רעש הספינות מאוד. רחוק ממך."

מהירות הקול באוויר נמדדה לראשונה במאה ה-17 על ידי האקדמיה למדעים של מילאנו. באחת הגבעות הותקן תותח, ובשנייה עמדת תצפית. השעה תועדה הן ברגע הצילום (במבזק) והן ברגע שהקול התקבל. בהתבסס על המרחק בין נקודת התצפית לאקדח וזמן מוצא האות, לא היה עוד קשה לחשב את מהירות התפשטות הקול. התברר שהוא שווה ל-330 מטר לשנייה.

מהירות הקול במים נמדדה לראשונה בשנת 1827 באגם ז'נבה. שתי הסירות היו ממוקמות במרחק של 13,847 מטרים זו מזו. בראשון נתלה פעמון מתחת לקרקעית, ובשני הוריד למים הידרופון פשוט (קרן). בסירה הראשונה הוצת אבק שריפה במקביל ללחיצת הפעמון, בשניה התצפיתן הפעיל את שעון העצר ברגע ההבזק והחל להמתין לאות הקול מהפעמון. התברר שקול עובר יותר מפי 4 מהר יותר במים מאשר באוויר, כלומר. במהירות של 1450 מטר לשנייה.

מהירות הקול

ככל שהאלסטיות של המדיום גבוהה יותר, כך המהירות גדולה יותר: בגומי 50, באוויר 330, במים 1450, ובפלדה - 5000 מטר לשנייה. אם אנחנו, שהיינו במוסקבה, היינו יכולים לצעוק כל כך חזק עד שהקול יגיע לסנט פטרבורג, אז היינו נשמעים שם רק אחרי חצי שעה, ואם הצליל מתפשט באותו מרחק בפלדה, אז הוא היה מתקבל תוך שתי דקות.

מהירות התפשטות הקול מושפעת ממצבו של אותו מדיום. כשאומרים שקול עובר במים במהירות של 1450 מטר לשנייה, זה לא אומר שבשום מים ובשום תנאי. עם עלייה בטמפרטורה ובמליחות המים, כמו גם עם עלייה בעומק, ולכן לחץ הידרוסטטימהירות הקול עולה. או בוא ניקח פלדה. גם כאן מהירות הקול תלויה הן בטמפרטורה והן בהרכב האיכותי של הפלדה: ככל שהיא מכילה יותר פחמן, כך היא קשה יותר, והקול עובר בה מהר יותר.

כאשר פוגשים מכשול בדרכם, גלי הקול משתקפים ממנו בצורה קפדנית כלל מסוים: זווית ההשתקפות שווה לזווית הפגיעה. גלי קול המגיעים מהאוויר יוחזרו כמעט לחלוטין כלפי מעלה מפני המים, וגלי קול המגיעים ממקור הנמצא במים יוחזרו כלפי מטה ממנו.

גלי קול, החודרים ממדיום אחד למשנהו, חורגים ממיקומם המקורי, כלומר. נשבר. זווית השבירה עשויה להיות גדולה או קטנה מזווית הפגיעה. זה תלוי באיזה מדיום הסאונד חודר. אם מהירות הקול במדיום השני גדולה יותר מאשר בראשון, אזי זווית השבירה תהיה גדולה מזווית הפגיעה ולהיפך.

באוויר מתפשטים גלי קול בצורה של גל כדורי מתפצל, הממלא נפח הולך וגדל, כאשר תנודות חלקיקים הנגרמות ממקורות קול מועברות למסת האוויר. עם זאת, ככל שהמרחק גדל, תנודות החלקיקים נחלשות. ידוע שכדי להגדיל את טווח השידור, יש לרכז את הקול בכיוון נתון. כשאנחנו רוצים להישמע טוב יותר, אנחנו שמים את כפות הידיים שלנו אל הפה או משתמשים במגפון. במקרה זה, הצליל יוחלש פחות, וגלי הקול יעברו הלאה.

ככל שעובי הדופן גדל, מיקום הצליל בתדרים בינוניים נמוכים גדל, אך תהודה המקרית ה"ערמומית", הגורמת לחנק של מיקום הצליל, מתחילה להתבטא בתדרים נמוכים יותר ומכסה שטח רחב יותר.